淺談彈簧操作機構的應用

摘 要：陽泉煤業（集團）股份有限公司某變電站在2004年將少油型斷路器更換為真空斷路器，并配套使用了CD19型電磁操作機構。電磁操作機構在實際使用過程中暴露出一些問題，于是將其更換為彈簧操作機構，使站內設備運行更加安全、可靠?，F主要對該站現場使用的彈簧操作機構的優缺點進行了分析，以供相關人員參考。

關鍵詞：斷路器;電磁操作機構;彈簧操作機構

0 引言

陽泉煤業（集團）股份有限公司某變電站自1983年投入運行至今，站內設備隨著我國電力的不斷發展，根據地區需求進行了多次改造和更換，電氣設備的更新換代也見證了我國電力建設的不斷進步和發展。當前該站各設備已經能滿足和適應電力發展的需要。斷路器是變電站一次設備的重要組成部分，該站于2004年將少油型斷路器更換為更加安全可靠的真空斷路器，不僅滿足了變電站對電氣設備發展的需要，同時也滿足了變電站對設備安全性、可靠性等方面的需求。與該站真空斷路器相配套的操作機構為電磁型操作機構，是斷路器重要的配套設備，可以實現斷路器的分合閘操作。按照操作機構不同的動作能量來源，可以將其分為電磁操作機構、彈簧操作機構、液壓操作機構等。

斷路器觸頭實現分合閘是通過斷路器中配套的操作機構完成的。操作機構性能好壞對斷路器工作性能有著直接影響，對于變電站來說，操作機構能夠可靠地進行分合閘，直接影響到變電站的安全運行。因此，變電站要根據實際設備運行需要，選用合適的斷路器操作機構，以保證設備運行的可靠性。

1 電磁操作機構在實際使用中的不足

該站斷路器配套的電磁操作機構在安裝使用后運行至今，能夠按照工作要求實現斷路器的分合閘操作，為變電站的安全運行做出很大貢獻。隨著電力不斷發展，人們對電力安全的要求越來越高。近幾年站內的真空斷路器在操作時發生了多次空合閘現象，不僅延誤了計劃送電時間，更為變電站的安全運行帶來了巨大的隱患。實際使用配套電磁操作機構的斷路器時發生過多起事故，如2018年發生斷路器的直流接觸器觸點磨損嚴重事故，觸點不良導致合閘回路沒有接通無法進行合閘;2019年發生斷路器合閘時合閘線圈燒毀事故;2020年直流屏內蓄電池發生故障，在進行斷路器合閘時發生了電源功率不足導致的空合閘事故。

電磁操作機構經過多年使用，雖然可以滿足變電站的日常操作需要，但存在以下不足：

（1）使用電磁操作機構的斷路器在合閘時需要較大的電源能量，為了滿足電源要求，變電站需要配置大功率的合閘電源。該站使用的CD19型電磁操作機構，合閘額定電流達到147 A，可見在斷路器合閘時需要提供足夠大的瞬時功率，才能保證斷路器合閘成功。

（2）電磁操作機構由于合閘時電流較大，在控制回路中不能夠直接利用控制回路啟動合閘線圈，需要將合閘接觸器串聯到控制回路中，利用接觸器接通合閘線圈來實現斷路器合閘。

（3）電磁操作機構進行合閘時需要大功率的直流電源提供能量，對變電站中直流系統的要求較高，需要單獨安裝專用合閘回路使電源能提供足夠的能量，同時合閘電源和控制電源分開，使得直流系統接線較復雜。

（4）電磁操作機構對直流系統中的蓄電池要求較高，蓄電池需在合閘瞬間為電磁操作機構提供能量，并在此過程中要釋放巨大的能量以滿足合閘要求，給蓄電池和合閘回路帶來較大沖擊。該站發生過一起蓄電池故障退出運行導致斷路器在合閘時能量不足出現空合閘的事故。

2 彈簧操作機構的應用

電磁操作機構存在的上述缺陷對該站的安全運行產生了負面影響。隨著電力系統的不斷發展，電力系統中應用的各種電氣設備不斷完善和升級，以適應電力系統的發展需要。變電站作為電力系統中重要的環節，對站內使用的電氣設備的安全性和可靠性要求較高，一些不滿足要求的設備逐漸被替換或淘汰。該站使用的電磁操作機構在近幾年發生過多起事故，給變電站的安全運行帶來了隱患。為此，該站決定將真空斷路器的電磁操作機構更換為性能更加可靠的彈簧操作機構，以解決當前的設備隱患問題，滿足當前電力系統發展的需要。在了解當前操作機構的前提下，結合站內實際情況，該站決定將現在使用的CD19型電磁操作機構（圖1）更換為CT19BW-114型彈簧操作機構（圖2）。

利用安裝在機構內的彈簧動力進行分合閘的操作機構被稱為彈簧操作機構。彈簧操作機構與電磁操作機構的區別是，電磁操作機構利用電磁力進行分合閘操作，兩者的動力來源不同，主要結構也存在較大的區別。從圖1、圖2可以看出，彈簧操作機構內部傳動機構較多，而電磁操作機構電磁部分為主要結構。彈簧操作機構主要由合閘彈簧、分閘彈簧、鎖定機構、主傳動軸、控制裝置等部分組成。在彈簧操作機構進行合閘操作時，主要依靠已儲能的合閘彈簧提供動力，帶動主傳動軸使斷路器的觸頭接觸;分閘時利用分閘彈簧的作用力使分閘鎖扣解脫，帶動主傳動使導電桿運動實現斷路器的分閘。

3 彈簧操作機構在實際使用中的優點

彈簧操作機構在更換和實際使用中，具有以下優點：

（1）在彈簧操作機構的實際使用中發現，彈簧操作機構在合閘時，合閘彈簧釋放儲存動力的速度較快，斷路器以較快的速度合閘，減少了斷路器觸頭在合閘時產生的電弧對觸頭的損耗，降低了斷路器由于電弧作用使接觸電阻增加的概率，延長了觸頭使用周期。

（2）彈簧操作機構在合閘時速度較快，可以實現斷路器快速重合閘，提高電力系統的可靠性。

（3）斷路器可以更快地實現合閘，可以使斷路器控制回路利用常閉觸點對合閘回路實現快速斷電，避免合閘線圈由于通電時間過長而被燒毀。

（4）在彈簧操作機構的控制回路中，將儲能彈簧拉緊的常閉觸點串聯到儲能電機的啟動回路中，在儲能彈簧儲能完畢并且滿足合閘要求后，儲能彈簧拉緊的常閉觸點斷開儲能電機回路，避免電機長時間通電而燒毀。

（5）彈簧操作機構的合閘線圈不直接為合閘機構提供動力，只為啟動儲能電機提供動力，可以以較小的能量接通儲能回路，所以可選擇尺寸較小的合閘線圈，以減小設備安裝的空間。

（6）在彈簧操作機構的控制回路中，可以用較小的電能實現斷路器合閘，所以可以不再單獨設置合閘電源;二次電源接線較為簡單、可靠，并且功率較小，故可以選擇直流或交流電源作為合閘電源。

（7）彈簧操作機構的電源可以選擇直流或交流，可選擇較小容量的直流系統，以節約投資成本。

（8）控制回路中單獨設立了儲能信號回路，在彈簧儲能狀態下儲能信號應常亮，以指示儲能完好，提高設備運行的安全性和可靠性。

4 彈簧操作機構在實際使用中的缺點

彈簧操作機構的應用，提高了變電站運行的安全性和可靠性，但實際應用中也存在以下缺點：

（1）彈簧操作機構和電磁操作機構相比，結構更加復雜，在電磁操作機構中零部件約有150個，而在彈簧操作機構中零部件達到200多個，并且零件的制造工藝和精度要求較高，制造成本和投入較大，對后期安裝和維護的要求也較高。

（2）彈簧操作機構雖然可以實現較快速度合閘，但也給設備帶來了較大沖擊，對設備結構和各零部件的強度要求更高，同時增大了斷路器觸頭的磨損。

5 結語

彈簧操作機構在使用中雖然存在一些不足之處，但在很多方面滿足了現在電力系統的需求，并且解決了前期電磁操作機構存在的一些問題，是一種可靠的電氣設備，在電力系統中得到了廣泛的認可和應用。

收稿日期：2020-10-22

作者簡介：袁洋（1984—），男，山西朔州人，電氣工程師，研究方向：電氣。